ما هو الشيء المشترك بين زجاجات البيرة الزجاجية وزجاجات الفولاذ المقاوم للصدأ وشعر الدب القطبي؟
نعم ، جميعهم عوازل رائعة ، لكن السبب قد يفاجئك!
ما هو العزل؟
لمعرفة ما يجعل العازل الرائع ، دعنا ننظر أولاً إلى ما هو العزل بالضبط. هناك العديد من أنواع العزل – الحراري والصوتي والكهربائي وما إلى ذلك. ولأغراضنا ، سنتحدث عن العزل الحراري ، الذي يقلل من نقل الحرارة بين الأشياء إما عن طريق عكس الإشعاع الحراري أو تقليل التوصيل الحراري والحمل الحراري من جسم واحد إلى الآخر (المزيد عن هذا في لحظة). من الناحية الأساسية ، فإن العزل الحراري هو ما يحافظ على القهوة ساخنة في كوب معزول ويديك دافئة في القفازات.
أنواع انتقال الحرارة
هناك مفهوم خاطئ شائع هو أن العزل يحافظ على البرودة ، في حين أن وظيفة العزل هي في الواقع تقليل نقل الحرارة ، مما يعني أنه يحافظ على الحرارة. سوف تنتقل الطاقة الحرارية إلى الأجسام القريبة ذات درجة الحرارة المنخفضة ، والتي يمكنك الشعور بحدوثها ساخنة يتم سكب القهوة في قدح القهوة الخاص بك ، ما لم يتم إبطاء النقل أو إيقافه بواسطة عازل حراري.
لفهم ما يجعل العازل الحراري الرائع ، ستحتاج إلى فهم الطرق الثلاث لنقل الحرارة: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع.
التوصيل : العملية التي يتم من خلالها نقل الحرارة من منطقة ذات طاقة حركية أكبر (درجة حرارة أعلى) إلى منطقة ذات طاقة حركية أقل (درجة حرارة أقل) ، على سبيل المثال لمس مقبض ساخن. يحدث من خلال الاتصال الجسدي وهو الشكل الأكثر شيوعًا لانتقال الحرارة.
الحمل الحراري : العملية التي يتم من خلالها تسخين الغاز أو السائل ثم ينتقل بعيدًا عن المصدر ، على سبيل المثال الشعور بالهواء الساخن فوق وعاء الغليان.
الإشعاع : عملية انتقال الحرارة من خلال الموجات الكهرومغناطيسية ، مثل حرارة الشمس.
العوازل الحرارية
وظيفة العازل الحراري هي تقليل نقل الحرارة – إما إبقاء الكائن المقصود ساخنًا أو باردًا. مثال رائع على العازل الحراري هو زجاجة مياه من الفولاذ المقاوم للصدأ ، والتي تحافظ على المشروبات الباردة باردة والمشروبات الساخنة – كل ذلك في نفس الجهاز! ولكن هنا الجزء المحير – الفولاذ المقاوم للصدأ ليس عازلًا حراريًا جيدًا – في الواقع ، إنه موصل أفضل.
تحدث القفازات المتفوقة إلى بول فوشير ، المهندس الرئيسي في NOVO Engineering ، للوصول إلى الجزء السفلي من هذا اللغز.
“إن زجاجة المياه المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ هي مثال مثير للاهتمام لأن الكثير من الناس لا يدركون أنه ليس الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يوفر العزل – إنه فراغ” ، أوضح Faucher. “إن الزجاجة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ هي في الواقع زجاجتان – واحدة فوق الأخرى مع مساحة صغيرة بينهما. هذه المساحة خالية من الهواء وتخلق فراغًا في الواقع – هذا الفراغ هو الذي يوفر العزل “.
ومضى فوشير ليشرح أن الفراغ هو أحد أفضل العوازل المعروفة ، لكن الهواء نفسه هو أيضًا عازل ممتاز ومساهم رئيسي في خصائص العزل للعناصر مثل قفازات الفرن وعزل الألياف الزجاجية. إن جيوب الهواء داخل هذه المواد هي التي تبطئ نقل الحرارة أكثر بكثير من المواد نفسها.
“تستخدم وكالة ناسا في الواقع جيوب هوائية للمساعدة في منع احتراق مكوك الفضاء عند العودة إلى الأرض.”
العوازل الحرارية للأقمشة
عندما يتعلق الأمر بالعوازل الحرارية للأقمشة ، كان الصراع على الشركات المصنعة دائمًا مقابل الحجم والفعالية. كلما كان القفاز أو الثوب أكبر ، كانت خصائص العزل أفضل ، ولكن كلما كان ذلك غير مريح للشخص الذي يرتديه.
“يعمل العزل لملابسك بنفس الطريقة التي يعمل بها منزلك – حيث يتم نسج القماش العازل مع مساحة كبيرة للهواء. وأوضح آدم بهرت ، المالك والمهندس الرئيسي لشركة Apex Ridge ، أن استخدام الأقمشة المجوفة ونسجها معًا هو أفضل طريقة لعزل الملابس ، ولكن مثل العزل المنزلي ، فهذا يخلق مادة ضخمة لا تكون عملية دائمًا لمن يرتديها. شركة استشارات هندسية موثوقية المنتج.
يشرح Bahret: “تُصنع أشياء مثل الزجاج والسيراميك عوازل رائعة عندما تتكسر إلى ألياف وتنسج في نسيج”. “إن أحد أكبر التحديات التي تواجه الأقمشة العازلة المصممة للحفاظ على الطاقة الحرارية هو كيفية إنتاج تلك الخصائص العازلة بدون كتلة ضخمة. نجحت الأقمشة مثل Thinsulate® في التغلب على هذا التحدي بنجاح من خلال توفير عزل رائع في نسيج رقيق. “
واحدة من أكثر أشكال العزل إبداعًا ، ولكنها فعالة ، واجهت Bahret على الإطلاق طريقة بارعة لعزل المنازل في دول العالم الثالث. الفكرة بسيطة بشكل لا يصدق ولكنها تعمل بشكل جيد للغاية. تستخدم زجاجات البيرة الزجاجية لبناء جدار وتثبيتها معًا بقذائف الهاون. يجعل اللون الزجاجي والشكل الدائري من العوازل الحرارية ممتازة بينما تتيح شفافية الزجاجات دخول الكثير من الضوء الطبيعي. إنها طريقة عملية وفعالة من حيث التكلفة لبناء منزل معزول .
مستقبل العزل
كيف سيبدو العزل في المستقبل؟ هل سيتم اكتشاف مواد جديدة من شأنها أن تغير بشكل جذري طريقة صنع الملابس العازلة والتلف؟ يعتقد بول Faucher ذلك.
في الواقع ، يعتقد Faucher أن مستقبل العزل موجود بالفعل – إنه مكلف للغاية.
“في المستقبل ، أعتقد أنك سترى عوازل جديدة من الأنابيب الدقيقة والكروية الدقيقة تعتمد على التكنولوجيا المستخدمة لتصنيع أنابيب الكربون النانوية (الأنابيب الصغيرة). وتتوقع فوشير أنها ستستخدم لتوفير خصائص العزل المرغوبة في الأقمشة الرقيقة والقابلة للارتداء والأفلام وحتى الأجزاء المقولبة.
“الأنابيب الصغيرة هي عوازل صغيرة ومتناهية الميكروسكوب بسبب خلوها ، الذي يحبس الهواء. وهي تعمل كثيرًا مثل الريش السفلي المجوف لعزل الطاقة الحرارية. كما يعرف أي شخص يرتدي سترة أسفل ، فإن خصائص العزل ممتازة. تأخذ الأنابيب الدقيقة هذا العزل خطوة أخرى نظرًا لحجمها المجهري ، مما يسمح بقدرات أقل حجمًا وأفضل للاحتفاظ بالحرارة. “
لا يزال سعر تقنية الأنابيب الدقيقة يجعلها غير عملية لأغراض المستهلك. مع انخفاض السعر ، يعتقد أننا سنرى المزيد والمزيد من هذه التكنولوجيا المستخدمة في الأقمشة العازلة.
هل تعمل قفاز microtube في عمل القفازات المتفوقة؟ عليك الانتظار لترى!
لغز الزجاجة ، زجاجة الفولاذ المقاوم للصدأ ، وشعر الدب القطبي
لقد عدنا أخيرًا إلى أحجيةنا الأصلية – ما هو الشيء المشترك بين هذه العناصر مما يجعلها عوازل رائعة؟ إذا قرأت المقالة ولم تتخط إلى اليمين ، فأنت تعلم بالفعل أن خواء كلا الزجاجتين هو الذي يوفر خصائص العزل الفائقة. الهواء ، موصل فقير وعزل جيد ، محاصر في تجويف الزجاجة الزجاجية ، في حين أن الزجاجات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تخطو خطوة أبعد من خلال خلق فراغ لإبطاء الطاقة الحرارية.
ولكن ماذا عن شعر الدب القطبي؟
على غرار الريش السفلي ، شعر الدب القطبي مجوف في الواقع . يحجز هذا المركز المجوف الهواء ويعزل الدب القطبي من البرودة الشديدة في القطب الشمالي. هذا هو السبب في أنهم دائمًا ما يبدون سعداء جدًا في البرد القارس!
